JP7495602B2 - ステータ及び該ステータを備えるモータ - Google Patents

Description

本開示は、ステータ及び該ステータを備えるモータに関するものである。

モータのステータに用いられるステータコアについて、直線状のストレートコア状態で巻線を巻回した後に、カーリング（折り曲げ）して略円筒状に構成することが行われる（例えば特許文献１）。この構成では、ステータコアの外周側の一部だけが繋がった状態である。従って、その部分を支点として、圧縮応力が発生する。このような応力はステータの磁気特性が劣化する等の原因となるので、緩和するための技術が提案されている。

例えば特許文献１では、ステータコア１を折り曲げるためのバックヨーク部の薄肉部７の両側に、スリット８が設けられている。これにより、ステータコアが曲げやすくなり、残留応力を低減することができると説明されている。

国際公開ＷＯ２０１２／１０５２６２

上記の構成では、スリットが設けられていることから、バックヨーク部の断面積が減少し、磁路幅が減少する。この結果、磁気飽和が起きやすくなり、ひいては鉄損が増加する。

本開示の目的は、バックヨーク部の断面積を減少させること無く、応力を緩和することが可能なステータコアを提供することである。

本開示の第１の態様は、略円筒状のバックヨーク（11）及びバックヨーク（11）から径方向内側に延びる複数のティース（12）を有するステータコア（13）を備えるステータを対象とする。ステータコア（13）は、それぞれ一つのティース（12）、及び、バックヨーク（11）の一部を構成するヨーク片（11a）を含む複数のステータコア片（13a）からなる。隣り合うステータコア片（13a）同士の連結部分（17）は、略円筒状であるバックヨーク（11）の軸方向に突出する構造を有する。

第１の態様では、ステータコア片（13a）同士の連結部分（17）に突出する構造を有することにより、連結部分（17）付近の応力が緩和されている。

本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、連結部分（17）は、幅が細くなった部分を有するものである。

幅が細くなった部分を有することで、連結部分（17）は曲がりやすく、応力が更に緩和される。

本開示の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、ステータコア（13）は、同じ形状に裁断された複数の電磁鋼板が積層された構成を有し、連結部は、それぞれの電磁鋼板が金型内において折り曲げられて形成されているものである。

第３の態様では、それぞれの電磁鋼板の連結部分（17）が折り曲げられていることにより軸方向に突出する構造となっており、応力をより確実に緩和することができる。

本開示の第４の態様は、上記第１～第３のいずれか１つの態様のステータを備えるモータであって、ステータの内側に、ステータと同軸に設けられたロータを備えるものである。

第４の態様では、第１～第３の態様のステータの特性が向上しているので、モータとしての性能が向上する。

図１は、本開示の実施形態１のステータを模式的に示す断面図である。 図２は、図１のステータにおけるステータコアを示す図である。 図３は、カーリングすることで図２のステータコアが構成されるストレートコアを示す図である。 図４は、図３のストレートコアについて、ステータコア片同士の連結について示す図である。 図５は、図４における連結部分を拡大して示す図である。 図６は、図４に対応するカーリング後の状態を示す図である。 図７は、ストレートコアが電磁鋼板の積層構造であることを示す図である。 図８は、連結部分について、突出部及び凹部の例を示す図である。 図９は、図１のステータを備えたモータを示す図である。

《実施形態１》
実施形態１について説明する。図１は、本実施形態の例示的ステータ（10）を模式的に示す断面図である。ステータ（10）は、ステータコア（13）と、コイル（15）を備える。ステータコア（13）は、略円筒状のバックヨーク（11）と、当該バックヨーク（11）から、その径方向内側に延びる複数のティース（12）を備える。各ティース（12）に対して巻線が巻回され、コイル（15）が構成されている。ステータコア（13）とコイル（15）とは、インシュレータ（14）によって電気的に絶縁されている。

次に、図２は、ステータコア（13）について更に説明する図である。ステータコア（13）は、複数のステータコア片（13a）からなる。ステータコア片（13a）は、それぞれバックヨーク（11）の一部を構成するヨーク片（11a）と、ティース（12）とを含む。複数のステータコア片（13a）におけるヨーク片（11a）の端部同士が連結され、略円筒状のバックヨーク（11）を構成する。その結果、ティース（12）は、バックヨーク（11）の径方向内側に延びた状態となる。

尚、本願において「略円筒状」とは、概略として円筒形と認識される形状を言うものであり、数学的に厳密な「円筒」であることは必須としない。例えば、加工の精度、加工方法の都合等によって生じる、又は、技術常識として問題ないことが理解される範囲の凹凸、変形等はあっても良い。これは、「円筒状」とだけ表現する場合も同様である。同様に、「略円形」についても、数学的な「円」であることは必須としない。

図２のステータコア（13）は、図３に示す直線状に伸びた状態のストレートコア（13b）をカーリング（折り曲げ）することにより構成される。尚、図３では示していないが、カーリングは、ストレートコア（13b）に対してインシュレータ（14）、コイル（15）等を配置した後に行う。また、このように構成した結果、ステータコア（13）の外周面の断面形状は、各辺が丸みを有する多角形状となっていても良い（この場合も、ステータコア（13）は略円筒状であるものと考える）。

ストレートコア（13b）において、ヨーク片（11a）同士はほぼ直線状に連結された状態である。ステータコア片（13a）同士（ヨーク片（11a）同士）の連結部分（17）において、ティース（12）側から例えば三角形状の切り欠き１８を有することで幅が狭くなっており、ティース（12）側を内側にして折り曲げることができる。これを利用して、ストレートコア（13b）をカーリングすることにより、バックヨーク（11）が円筒状になったステータコア（13）が構成される。

カーリングを行うと、バックヨーク（11）の連結部分（17）付近に応力が集中して大きくなり、磁気特性が劣化する可能性がある。これを緩和する方法として、連結部分（17）付近においてバックヨーク（11）にスリットを設けることが知られている。しかし、スリットはバックヨーク（11）における磁路面積を減少させるので、磁束密度が高くなって鉄損が増加する。

これに対し、本実施形態のステータコア（13）では、連結部分（17）付近において軸方向に突出する構造を設けることにより、磁路面積を減少させること無しに、前記の応力を緩和している。これについて、以下に説明する。

本実施形態のステータコア（13）は、同じ所定の形状に打ち抜き加工された電磁鋼板を複数積層した構成とすることができる。そのような鋼板の一枚について、図４に示す。ここでは、隣り合う２つのステータコア片（13a）がそれぞれ半分ずつだけを示している。また、図４は、カーリングを行う前のストレートコア（13b）の状態である。

ストレートコア（13b）の状態において、ステータコア片（13a）同士は、連結部分（17）だけを介して接続されている。連結部分（17）は、バックヨーク（11）に対してティース（12）の側から切り欠き１８が設けられ、幅の狭くなった部分である。また、連結部分（17）において、電磁鋼板は厚さ方向（カーリングした後のステータコア（13）においては、円筒形状の軸方向）に突出させた突出部（20）が構成されている。突出部（20）について、連結部分（17）付近を拡大した図５に示している。図５では、突出部（20）は、電磁鋼板が厚さ方向に３度交互に折り曲げられて、Ｖ字状に突出した構成となっている。このように、突出部（20）は、電磁鋼板を折り曲げることにより構成されてもよい。

ストレートコア（13b）をカーリングしてステータコア（13）とする際、突出部（20）が変形することにより、連結部分（17）付近の応力集中を緩和することができる。この結果、磁気特性の劣化、更には鉄損の増加を抑制できる。

また、バックヨーク（11）にスリットを設けるような構成とは異なり、突出部（20）を形成したとしても、バックヨーク（11）の磁路面積を減少させることは無い。従って、磁束密度の集中と、それに起因する鉄損の増加を避けることができる。更に、スリットを設けて連結部分（17）付近に変形範囲を定める構成に比べ、カーリングの際に変形する突出部（20）を小さく設計することができる。この結果、弾性変形、塑性変形を容易にすることができる。

図６は、図４に示す一枚の電磁鋼板について、カーリングを行った後の状態を示す。ヨーク片（11a）の端部同士が近づき、図４における切り欠き１８が閉じるように変形されて、バックヨーク（11）が円筒状になったステータコア（13）が構成される。

また、図７は、図４に示す打ち抜き加工された電磁鋼板を積層してストレートコア（13b）とした状態を示す。電磁鋼板を積層する際、ある一枚の電磁鋼板における突出部（20）の凸側（20a）を、積層される電磁鋼板にける凹側（20b）に嵌合させることにより、突出部（20）が電磁鋼板同士の隙間の原因となることは回避できる。更に、カーリングしたとき、突出部（20）同士によってカシメの効果が発生して、積層された電磁鋼板同士の固定に寄与することが考えられる。

尚、突出部（20）について、図５に示すＶ字状には限らない。また、突出部（20）に凹部を設けてもよい。突出部（20）と凹部とは組み合わせて用いることができる。

これに関して、図８に３つの例Ａ～Ｃを示す。Ａの例では、２つの谷折りＶ（破線の位置が凹となる向きの折り）と、その間の山折りＭ（実線の位置が凸となる向きの折り）とにより、紙面の手前側にＶ字型に突出する突出部（20）が構成される。また、山折りＭの位置に、半円状の凹部（31）が設けられている。次に、Ｂの例では、折り曲げについてはＡと同じであるが、谷折りＶの位置にも半円状の凹部（31）を設けている。凹部（31）は、突出部（20）の幅方向に交互に設けられている。Ｃの例では、４つの谷折りＶと、３つの山折りＭとが交互に設けられ、蛇腹状となる。また、凹部は設けられていない。

このような様々な構造を取ることにより、突出部（20）を変形しやすくして、応力をより確実に緩和することができる。尚、図示は省略するが、凹部（31）は半円状には限らず、三角形、四角系等、他の形状であっても良い。また、折り曲げの位置に凹部（31）を設けることは、変形を容易にする観点から望ましい構成であるが、必須では無い。つまり、折り曲げとは別の位置に凹部（31）を設けても良い。

《他の実施形態》
次に、本開示のステータコア（13）を用いたモータについて、図９を参照して説明する。図９は、実施形態１のステータ（10）を利用したモータ（40）を模式的に示す図である。ステータコア（13）は、円筒状のフレーム（41）の内周面に固定されている。また、ステータコア（13）の内側に、ステータコア（13）と同軸になるように、ロータ（42）が設けられている。

このような構成を有するモータ（40）は、ステータコア（13）における鉄損が低減され、磁気特性が改善しているので、改善された性能を発揮する。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

以上説明したように、本開示は、ステータ及び該ステータを備えるモータについて有用である。

10 ステータ
11 バックヨーク
11a ヨーク片
12 ティース
13 ステータコア
13a ステータコア片
13b ストレートコア
14 インシュレータ
15 コイル
17 連結部分
20 突出部
20a 突出部の凸側
20b 突出部の凹側
31 凹部
40 モータ
41 フレーム
42 ロータ

Claims (4)

1. 略円筒状のバックヨーク（11）及び前記バックヨーク（11）から径方向内側に延びる複数のティース（12）を有するステータコア（13）を備え、
   前記ステータコア（13）は、それぞれ一つの前記ティース（12）、及び、バックヨーク（11）の一部を構成するヨーク片（11a）を含む複数のステータコア片（13a）からなり、
   隣り合う前記ステータコア片（13a）同士は、略円筒状である前記バックヨーク（11）の外周側の一部のみを連結部分（17）として連結され、
   前記連結部分（17）は、略円筒状である前記バックヨーク（11）の軸方向に突出する構造を有することを特徴とするステータ。
2. 請求項１のステータにおいて、
   前記連結部分（17）は、幅が細くなった部分を有することを特徴とするステータ。
3. 請求項１又は２のステータにおいて、
   前記ステータコア（13）は、同じ形状に裁断された複数の電磁鋼板が積層された構成を有し、
   前記連結部分（17）において、それぞれの前記電磁鋼板が折り曲げられていることを特徴とするステータ。
4. 請求項１～３のいずれか１つのステータと、
   前記ステータの内側に、前記ステータと同軸に設けられたロータとを備えるモータ。

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